对水生环境的探索推动了机器人系统的重大发展。软抓手适应不规则表面和施加多向力的能力使其成为要求高精度和高效率的水下任务的理想选择。此外，柔性电子设备与水下软爪的结合将使机器人能够进行精确操作和海洋资源开发。然而，水生环境的独特挑战，如高水压条件和不可预测的水流，对具有柔性触觉传感器的水下软爪构成了重大限制。
基于以上情况，浙江大学机械306实验室张中坛博士生提出了一种附着在触觉传感器上的可变刚度软爪，用于水下抓握和接触力传感。该软夹爪引入扩展支撑结构（ESS）实现刚度调控，显著增强结构稳定性；搭载的柔性触觉传感器采用环形补偿室（ACC）与绝缘纯水结构，能有效抵抗不同水深下的液压变化，保持感知信号稳定可靠。研究中，该系统成功抓取了球体、立方体等四类水下物体，借助传感信号还能准确识别物体类型。
相关研究成果总结成会议论文“Design of soft gripper with attached tactile sensor for underwater object grasping and force detection”，发表在国际会议 2025 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics 上。论文研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。
图1 用于水下物体抓取和力检测的附有触觉传感器的软夹爪示意图 如图1所示，该软夹爪采用三指结构，每个手指具备“扩展支撑结构（ESS）”，通过调节腔体气压实现可变刚度调控，有效提高夹爪在水下流动环境中的结构稳定性。手指外壳采用高弹性硅胶浇注成型，内部集成ESS模块用于加强抗弯刚度。相比传统软体夹爪，在保持柔性贴合能力的同时具备更强的稳定性和承载能力。为实现水下接触力检测与物体识别，研究团队在软夹爪指尖集成了一枚柔性触觉传感器。该传感器采用互锁微结构设计，增强传感灵敏度；内部填充绝缘纯水，并设置环形补偿腔（ACC）用于液压平衡，从而确保水下环境中输出信号的稳定性与抗干扰能力。 图2 软手的变刚度原理及触觉传感器的检测原理示意图 为了验证系统性能，团队开展了系列实验，如图3和4。夹爪在60 kPa气压下最大弯曲角度超过130°，具备良好形变能力；随着ESS内部气压升高，夹爪的抗弯刚度显著提升，可有效抵御水流扰动。触觉传感器测试表明，其在0–800 kPa压力范围内表现出良好线性响应，灵敏度最高达0.045 kPa⁻¹；在水下环境中连续工作30天后性能稳定，具备良好抗液压能力和耐久性。 图3 软手的抓取性能及变刚度结果 图4 水下触觉传感器的力检测性能及抗压效果 为了验证软夹爪系统的抓取能力与感知识别性能，研究团队开展了典型水下物体的抓取与识别实验，如图5所示。选取了四种具有代表性的几何物体：球体、圆柱体、立方体和金字塔，模拟海洋中常见的贝壳、石块、海底装置等目标。将具备触觉传感器的软夹爪安装至机械臂末端，在水下环境中进行抓取操作，系统能稳定完成各类物体的拾取任务，表现出优异的柔顺性与结构稳定性。 图5 水下抓取系统示意图 进一步地，研究还分析了信号变化的稳定性和重复性，结果表明，该系统在多轮重复抓取中保持了良好的响应一致性，具备潜在的水下目标分类识别能力。这